이 작품은 해군 연구소 젊은 탐정 프로그램 상 N000141110914, 해군 연구비 N000141010827의 사무실, NSF 경력 상 CCF1054898, NIH 감독의 새로운 혁신 상 1DP2OD007292의 오피스와 (PY에) 생물학적 영감 공학 학부 시작 기금 위스 연구소에 의해 투자되었다 칭화 - 베이징 (BW에) 생명 과학의 시작 기금 센터.

1. DNA 시퀀스 디자인 <ol><li> 28T 캔버스 × 24H를 만들 이중 나선, 각각의 이중 나선을위한 상하 나선의 길이의 수, 교차 패턴을 지정하여 SST-한정된 구조를 설계 UNIQUIMER 소프트웨어 (27)를 사용한다. 이러한 매개 변수를 정의한 후, 전체 구조 (스트랜드 조성물 및 상보성 배열)은 그래픽 프로그램에서 도시된다. </li><li> 보완 장치 및 추가 요구 사항 (있는 경우)를 충족시킬 수있는 특정 구조의 가닥을위한 시퀀스를 생성합니다. (구조체의 대부분) 서열 28 대칭성을 최소화하여 DNA 서열을 디자인. <ol><li> 뉴클레오티드 (A, C, G 및 T)에 의해 하나 하나를 랜덤하게 생성한다. </li><li> T와 반대로; 것과 상보 일치 뉴클레오티드 염기쌍 규칙 다음 생성 C G와 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. </li><li> 8-9 뉴클레오티드 이상 반복 세그먼트를 사용하지 마십시오. 때와 같은 대표반복 세그먼트 요건이 만족 될 때까지 세그먼트를 설계 중에 등장 먹고, 가장 최근에 생성 된 뉴클레오티드 돌연변이. </li><li> 4 개의 연속적인 A, C, G, 또는 T 염기를 사용하지 마십시오. </li><li> 두 경우에, 즉 (결합 지점 주위 염기 슬라이딩 피하기 위해 (가닥의 대부분을, 각각 제 21 및 스물두번째 뉴클레오티드 예 T 및 G에 대한) 단일 가닥 결합 지점에서 미리 - 특정 뉴클레오티드를 사용 스물한번째 및 스물두번째 뉴클레오티드는 제 22 뉴클레오티드가)에 결합하도록되어 있음 21 뉴클레오티드는 염기에 결합하는 것이 가능했다, T이었다. </li></ol></li><li> 스트렙 라벨, 튜브에 사각형 변형, 다른 직사각형 및 다른 비늘에 걸쳐 튜브의 형성을 위해 수동 DNA 서열을 수정 SST에 노출 된 영역에 의한 응집을 방지 할 수있다. <ol><li> 폴리-T의 TRA와 분자 캔버스의 경계에 노출 된 도메인을 교체CTS. </li><li> 스트렙 라벨링, 그들은 3 &#39;비오틴이 수정 된 안티 핸들 스트랜드를 수용 할 수 있도록 손잡이 부분 (예컨대 안티 핸들 가닥으로 상보 상대방에 결합 할 수있는 성분 가닥 추가 엑스트라 세그먼트) 설계. </li><li> 튜브에 사각형의 변환의 경우, 사각형에서 상단과 하단 행을 제거하고 누구의 해수면 온도 맨 윗줄에 두 번째와 맨 아래 행에 두 번째에 해당 타일에 특정 보완이 새 행을 삽입합니다. </li><li> 다른 모양의 노출 된 단일 가닥 도메인의 경우, 10 ~ 11 뉴클레오티드 길이의 폴리-T 세그먼트로 교체, 또는 노출 된 도메인을 보완하고 10 ~ 11 뉴클레오티드 긴 폴리-T 세그먼트와 종료 가장자리 보호 장치에 의해 커버한다. </li></ol></li></ol> 분자 캔버스 2. 준비 <ol><li> oligonucleoti로부터의 RNase가없는 물에 용해 지정된 서열의 DNA 가닥 성분을 구하는표준 탈염와 10 nmol의 규모에 합성 올리고 뉴클레오티드와 V 바닥 96 웰 플레이트에 드 제조 업체. 원심 분리기 600 × g에서 약 10 초 동안 DNA 가닥과 함께 96 웰 플레이트. <ol><li> 피펫 2ml를 시험관에 가닥 당 100 μM (제조업체 사양)에서 28T 사각형 (그림 3A) × 24H에 대한 DNA 가닥과 362 우물에서 각각 1 μL. 가닥 당 200nm의 농도 가닥 혼합물의 스톡 용액을 만들기 위해 2 mL를 시험관에 증류수 탈 H 2 O의 138 μl를 추가. </li></ol></li><li> 스트랜드 혼합물, 10X 어닐링 버퍼 (50 mM 트리스, 산도 7.9, 10 mM의 EDTA, 250 mM의의 MgCl 2), 및 증류수 탈 H의 40 μL 2 O 0.2에 10 μL의 200 nm의 주식 솔루션의 50 μl를 추가 ㎖의 PCR 튜브. 이것은 1X 어닐링 버퍼 내의 분자 캔버스 100 μL 샘플을 만든다 (5 mM 트리스, pH가 7.9, 1 mM의 EDTA, 25 mM의의 MgCl 2). </li><li> SAMPL을 어닐링25 ° C ~ 90 ° C에서 냉각 열 자전거 타는 17 시간 동안 전자. 다음 프로그램 서열 증폭기는 : C ° 당 5 분의 일정 속도로 61 ° C로 90 ° C에서 램프 다운; C °마다 20 분의 일정 속도로 25 ° C로 60 ° C에서 램프 다운; 샘플을 열 순환기 취출 될 수있을 때까지 4 ℃에서 배양한다. </li><li> 기본 2 % 아가 로스 젤을 준비합니다. <ol><li> 600 ml의 비이커에 아가로 오스의 2.4 G를 측정한다. 비커 0.5X TBE 완충액 (44.5 mM 트리스 - 보레이트, pH가 8.3, 1 mM의 EDTA) 및 증류수, 탈 이온수 30㎖를 120 ml에 추가. </li><li> 3 분 (- 끓는 후 60 초 이상 또는 40)에 대한 마이크로 웨이브. 2 %의 아가 로스 겔에서의 농도를 유지하는 데 도움이 물 30 mL를 첨가하여 증발 중에 손실을 보충 물. </li><li> 냉수 조에서 1 분 동안 비커의 내용물을 소용돌이. 1.2 M의 MgCl 2의 1 ml의 (겔 10 mM의의 MgCl 2 농도를 만들기 위해) 추가 겔 재치를 미리 얼룩SYBR 안전 염료 H 6 μL (1 : 20,000). </li><li> 건조 겔 상자에 겔 용액을 붓고 1.5 mm의 두께를 12도 겔 전기 빗를 삽입합니다. 심지어 플랫폼에서 30 분 - 솔루션은 15 공고히하자. </li><li> 젤 실행 버퍼 (44.5 mM 트리스 - 보레이트, pH가 8.3, 1 mM의 EDTA, 10 mM의의 MgCl 2) 겔 상자에 부어. 로드 2 - 아가 로스 겔의 웰에 1킬로바이트의 DNA 사다리 3 μL. (파란색 0.25 % 브로 모 페놀, 5 mM 트리스, 1 mM의 EDTA, 10 mM의의 MgCl 2, 30 % 글리세롤) 6X 브로 모 페놀 블루 염료의 4 μL 분자 캔버스의 샘플 20 μL와 혼합하고, 또 다른 우물에 솔루션을로드 아가 로스 젤. </li></ol></li><li> 빙수 조에서 100 V로 2 시간 동안 기본 2 % 아가로 오스를 실행 (이것은 지표로서 역할을 할 수 있도록 청색에 도시 브로 모 페놀 블루, 빠른 성분 가닥보다 실행되도록 2 시간 실행 시간은 적절한 경우). </li><li> 이미지 SYBR 안전한 염색을위한 적절한 필터 (도 2B와 겔 스캐너를 사용하여 젤 </strong&gt;). </li><li> 청색광 transilluminator가에서 날카로운 깨끗한 면도날을 사용 1킬로바이트의 DNA 래더 1,500 염기쌍 밴드 유사한 이동성 지배적 대역을 절제. 스핀 열에서 원하는 젤 조각 (들)을 배치 한 후 마이크로 튜브 유봉을 사용하여 미세 조각으로 젤을 분쇄. 4 ℃에서 3 분 동안 438 XG에 원심 분리기. </li><li> 260 nm에서 자외선 분광 광도계를 이용하여 DNA 농도를 측정한다. <ol><li> 기계를 교정하기 위해 빈으로 고순도의 DNase /의 RNase-무료 증류수 2 μL를 사용합니다. </li><li> DNA 농도의 추정치를 얻기 위해 스핀 열에서 수집 된 샘플의 동등한 볼륨을 사용합니다. 260 nm의 UV 흡수로 얻어진 측정 농도 값 ( &quot;&quot;= NG / μL)는 AFM 및 TEM 이미징 희석 팩터를 결정하는데 도움이 될 것이다. </li><li> &quot;&quot;(NG / μL)에 &quot;B&quot;(㎚) 다음 B = × 106 / (330에서 측정 된 농도 변환# 215; 뉴클레오티드의 수). 참고 : 염기의 분자량은 330g / 몰이다. 계산 된 몰 농도 값 및 AFM TEM 이미징 희석 계수를 결정한다. 60 NG / μL - 28T 구형 × 24H의 케이스에 관해서는, 정제 된 샘플에 대한 일반적인 측정은 약 10이다. 12 nM의 - 같은 구조의 뉴클레오티드 번호 14616 다이기 때문에, 몰 농도는 약 2이다. 최종 농도가 수집 수율에 의해 결정된다 -에서 원심 분리 (20 ~ 50 %) 및 ​​겔 밴드의 체적은 (높은 용적은 더 정제 된 시료를 희석) 밖으로 절제. </li></ol></li></ol> 3. 원자 힘 현미경 영상 <ol><li> 평탄면을 얻을 촬상 스테이지 상 시험편 디스크를 배치 스카치 테이프를 이용하여 시편의 금속 디스크에 부착 된 운모를 벗겨. </li><li> 28T × 24H의 정제 된 샘플 - (5 nM 내지 2) 5 μL이어서 1X 어닐링 완충액 40 μl를 추가갓 절단 운모 표면에 사각형입니다. 혼합물을 약 2 분 동안 정착하도록 허용합니다. </li><li> 캔틸레버 홀더에 AFM 질화 실리콘 캔틸레버 칩을 설치합니다. 이미징을위한 - (상수 봄, K = 0.24 Nm의 -1 75 kHz에서 0 = 40 F 공진 주파수) C 삼각형의 팁을 사용합니다. </li><li> 이미지 유체 태핑 모드에서 샘플. 검색을 위해 다음과 같은 이미지 파라미터를 사용하여 2 μm의 크기, 해상도 1024 라인, 0.5의 스캔 속도 스캔 - 1 Hz에서 (그림 2C)를. </li><li> 필요한 경우, 29-DNA 결합 운모의 강도를 증가시키기 위해 10 μL 이상의 NiCl 2 10mM의 용액을 첨가. </li></ol> 스트렙 타비 딘 라벨 4. 샘플 준비 <ol><li> 수동으로 특정 위치에서 핸들 가닥이 차례로 streptavid에 결합 할 수있는 비오틴 변형 방지 핸들 가닥, 보완으로 통합되도록 28T 사각형 × 24H를 디자인특히있다. <ol><li> 하단 윗줄 14 타일 14 타일 스페이서로서 두​​ 뉴클레오티드 서열 (TT)로 구성되어 3 &#39;17 뉴클레오티드 세그먼트와 15 뉴클레오티드 핸들 (GGAAGGGATGGAGGA)를 부착함으로써 분자 캔버스 수정 사각형 (그림 3A)의 행은 경계 레이블을. 이 시퀀스는 3 &#39;비오틴 변성 방지 손잡이 스트랜드 (TCCTCCATCCCTTCC 비오틴)에 상보 적이다. </li></ol></li><li> 내부 라벨의 경우, 8 내부 타일과 사각형 (그림 4A)의 6 경계 타일 3 &#39;17 뉴클레오티드 세그먼트를 연결합니다. <ol><li> 200 nm의 주식 솔루션을 만드는 28T 사각형 (334 가닥) × 24H의 구성 요소 가닥의 나머지 부분과 핸들 (경계 라벨링)와 28 가닥을 섞는다. 200 nm의 주식 솔루션을 얻기 28T 사각형 (348 가닥) × 24H의 구성 요소 가닥의 나머지 부분과 핸들 14 가닥 (내부 라벨)을 섞는다. </li></ol></li><li> 보의 경우0.2 - undary 라벨링, 100 μM 바이오틴 변형 방지 손잡이 가닥 6 μL, 10X 어닐링 완충액 10 μL와 증류수, 탈 이온수 34 ㎕를 0.1 가닥이 200nm 스톡 용액 50 μL를 추가 PCR 용액 시험관. 성분 가닥의 최종 농도는 100 ㎚이다과 안티 비오틴 변성 핸들 가닥의 최종 농도는 6000 ㎚이다. 방지 처리 비오틴 수정 가닥 바인딩 유리하게 100 %를 초과하므로 28 분자 28T 사각형 × 24H에 비오틴 수정 가닥 바인드를 안티 - 처리합니다. </li><li> 내부 표지 용, 0.1 가닥이 200nm 스톡 용액 50 μL, 100 μM에서 내부 방지 처리 바이오틴 변형 된 가닥의 3 μL, 10X 어닐링 완충액 10 μL, 증류수, 탈 이온수의 37 μL를 추가 - 0.2 ㎖의 PCR 테스트 튜브. 성분 가닥의 최종 농도는 100 nM 내지 안티 핸들 비오틴 후 변형의 최종 농도<html> ED 스트랜드는 3000 ㎚이다. 28T 사각형 너무 방지 처리 비오틴 수정 가닥 × 24H에 방지 핸들 비오틴 수정 가닥 바인드 14 분자가 결합이 유리하게 100 %를 초과합니다. </li><li> 2.3에 기재된 절차를 이용하여 17 시간 동안 열 사이 클러에 두 샘플을 어닐링. </li><li> 단계 2.4에 설명 된대로 기본 2 % 아가 로스 젤을 준비합니다. </li><li> 단계 2.5에 기재된 바와 같이 두 샘플을 정제. </li><li> 단계 2.6에 기재된 바와 같이 원하는 DNA 구조물의 농도를 측정한다. </li></ol> 스트렙 타비 딘 라벨 5. 원자 힘 현미경 <ol><li> 이미지 3 단계 (도 3b 및도 4b)에 기술 된 바와 같이 AFM을 이용하여 각각의 샘플. </li><li> 촬상의 첫 번째 라운드 후에, 시료 용액에 10 mg의 스트렙 타비 딘의 1 μL /이어서 1X 어닐링 완충액의 40 μL를 추가한다. 혼합물 (도 3C와 4C)를 재 이미징하기 전에 약 2 분 동안 정착하도록 허용합니다. </li></ol>_title &quot;&gt; 6. 튜브에 사각형을 변환 <ol><li> 직사각형에 기초 튜브를 설계하기 위해, 상단과 하단의 행을 제외 대신 성분 해수면 온도를 모두 유지한다. 누구의 해수면 온도 튜브 형태 (그림 5A)로 원래의 사각형을 고리 화하기 위해 각각의 컬럼의 상단과 하단 타일을 연결하여 설계에 새 행을 소개합니다. </li><li> 상부 및 하부의 행 (336 가닥)이 200nm 스톡 용액을 얻었다 제외 28T 사각형 × 24H의 성분 가닥 가닥의 새로운 행 (14 가닥) 섞는다. </li><li> 2.7 (그림 5B) - 겔 정제 2.2 단계를 따르십시오. </li></ol> 7. 투과 전자 현미경 영상 <ol><li> 2 % 수성 포름산 우라 닐 염색 용액을 조제 증류수 3 ㎖에 우라 닐 포르 메이트 0.06 g을 단다. 주사기에 부착 된 0.2 μm의 필터를 사용하여 2 % 수성 포름산 우라 닐 염색 용액 필터. <ol><li> 5 μl를 추가5 N NaOH를 필터링 얼룩 용액 1ml를합니다. 간단히 20,000 X g에서 솔루션과 원심 분리기를 소용돌이. </li></ol></li><li> 25mA, 45 초, 0.1 밀리바, 음의 높은 인장 극성 : 글로우는 다음과 같은 설정으로 탄소 코팅 그리드 (코팅면이 위를 향하게) 방전. </li><li> 가장자리에서 빛 배출기 처리 그리드를 잡기 위해 자동 폐쇄 집게를 사용합니다. </li><li> 4 분의 그리드에 샘플의 3.5 μl를 피펫. 측면에서 그리드와 접촉 여과지를 가져옴으로써 샘플을 윅 여과지를 사용한다. </li><li> 즉시 1 분 동안 그리드에 얼룩 솔루션의 3.5 μl를 추가합니다. </li><li> 7.4과 같이 얼룩을 윅과 1 그리드에 대해 필터 종이를 보유 - 2 분. </li><li> 10 K에서 80 K (그림 5C)에 이르기까지 다양한 배율 80 kV의에서 작동 JEOL JEM-1400을 사용하여 TEM 시편 홀더와 이미지에 격자를 전송합니다. </li></ol> 8. Molecul를 사용하여 임의의 모양을 구성AR 캔버스 <ol><li> 모양을 확인하고 분자 캔버스에 모양에 해당하는 가닥을 선택합니다. 예를 들어 삼각형 모양의 경우, 분자 캔버스 (206) (362) 밖으로 가닥을 선택합니다. </li><li> 10 폴리-T 세그먼트에 (즉 삼각형의 빗변을 따라 인) 노출 영역을 교체 - 11 개의 뉴클레오티드 (도 6a에 디자인 1), 또는 노출 된 영역에 상보 에지 보호대를 추가로 종료 10-11 염기 긴 폴리-T 세그먼트 (그림 6A 디자인 2) 응집을 방지합니다. 참고 : 간단하게 (보호자 가닥을 사용하지 않고) 삼각형의 픽셀에 해당하는 해수면 온도를 어닐링 집계 및 젤에 전혀 별개의 제품 밴드의 형성으로 이어질 것입니다. 더 자원을 효율적으로 다양한 형태의 가장자리 보호 설계를 사용; 그것은 (Figur를 대체 설계 (14)의 추가 세트에 비해 가닥 (도 6C)의 네 개의 세트를 추가로 필요전자 6B). </li><li> 코어 세트 (362 SST 캔버스), 설정 (1) * (SST의 도메인 1에 결합 모서리 보호대) 도메인 2에 결합, 세트 2 * (에지 보호를 포함하는 310 픽셀 분자 캔버스에 대한 가닥 라이브러리 만들기 SST)의, SST의 도메인 3에 결합 3 * (모서리 보호대)를 설정하고, 설정은 4 * (SST의 도메인 4)에 결합 에지 프로텍터 1344 에지 보호의 총을주고. </li><li> 약 10 초 동안 다른 세트의 96 웰 플레이트를 원심 분리기. 피펫 아웃 특정 모양 스톡 용액을하기 위해 플레이트로부터 원하는 가닥. <ol><li> 모서리 보호대, 피펫 2 ㎖의 원심 분리기에 1 코어 세트에서 206 가닥의 μL, 0 세트 1 *에서, 0 세트 2 *에서, 세트 3 * 0과 세트 4 * 24 가닥 삼각형의 모양 튜브. DNA 가닥의 400 nm의 주식 솔루션을 만들기 위해 튜브에 증류수 탈 이온수 20 μl를 추가합니다. </li></ol></li><li> DNA의 STRA의 400 nm의 주식 솔루션의 50 μl를 추가<html> NDS, 10X 어닐링 완충액 B 0.2 ㎖의 PCR 용 튜브 (50 mM 트리스, pH가 7.9, 10 mM의 EDTA, 125 mM의의 MgCl 2) 스톡 용액 및 40 ㎕의 증류수, 탈 H 2 O 10 μL. 이것은 1X 어닐링 완충액 B의 삼각형의 100 μL 샘플을 만든다 (5 mM 트리스, pH가 7.9, 1 mM의 EDTA, 12.5 mM의의 MgCl 2) 가닥 당 약 200 nm의 농도 가닥. </li><li> 단계 2.3에 기재된 바와 같이 17 시간 동안 열 순환기 혼합물을 어닐링. </li><li> 단계 2.4에 설명 된대로 기본 2 % 아가 로스 젤을 준비합니다. </li><li> 단계 2.5에 기재된 바와 같이 샘플을 정제. </li><li> 단계 2.6에 기재된 DNA의 농도를 측정한다. </li><li> 이미지 3 단계 (그림 7C 및 7D)에 설명 된대로 AFM에서 샘플. </li><li> 선택과 같은 가닥 라이브러리를 사용하여 다른 모양에 대한 가닥을 섞는다. 다른 솔루션을 어닐링 및 AFM 이미징 동안 시간을​​ 절약하기 위해 다른 모양의 정제 된 샘플을 결합한다. </li></ol>&gt; 9 jove_title &quot;옵션 :. 모양 디자인 및 액체 혼합 로봇 자동화 <ol><li> 복잡한 형태의 디자인을 지원하기 위해 사용자 지정 MATLAB 프로그램을 사용하십시오. </li><li> 로봇 액체 핸들러 피펫 시퀀스의 형태로 명령어를 제공하도록 소프트웨어를 사용한다. 선택 대상 형상을 구성하는 스트랜드를 혼합하는 로봇 액체 핸들러를 사용. 주 : 형상 설계와 스트랜드 혼합은 인간의 오류를 줄이고 건설 덜 노동 집약적하게 자동화되었다. </li></ol> 10. 사각형 및 다른 저울에 걸쳐 튜브 <ol><li> 단순히 병렬 나선 (H) 및 나선 회전 (T)의 숫자의 개수를 변화시킴으로써 다른 크기의 사각형 (도 10)을 구축. </li><li> 특정 크기의 사각형을위한 3 단계를 따릅니다. </li><li> 특정 크기의 튜브에 대한 6 단계를 따릅니다. </li></ol>

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M., Dietz, H., Liedl, T., H&#246;gberg, B., Graf, F., Shih, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-assembly+of+DNA+into+nanoscale+three-dimensional+shapes.">Self-assembly of DNA into nanoscale three-dimensional shapes.</a> Nature. 459 (7245), 414-418 (2009).</li><li>Andersen, E. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-assembly+of+a+nanoscale+DNA+box+with+a+controllable+lid.">Self-assembly of a nanoscale DNA box with a controllable lid.</a> Nature. 459 (7243), 73-76 (2009).</li><li>Dietz, H., Douglas, S. M., Shih, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Folding+DNA+into+twisted+and+curved+nanoscale+shapes.">Folding DNA into twisted and curved nanoscale shapes.</a> Science. 325 (5941), 725-730 (2009).</li><li>Zheng, J. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+molecular+to+macroscopic+via+the+rational+design+of+self-assembled+3D.">From molecular to macroscopic via the rational design of self-assembled 3D.</a> DNA crystal. Nature. 461 (7260), 74-77 (2009).</li><li>Han, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DNA+origami+with+complex+curvatures+in+three-dimensional+space.">DNA origami with complex curvatures in three-dimensional space.</a> Science. 332 (6024), 342-346 (2011).</li><li>Liu, W., Zhong, H., Wang, R., Seeman, N. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crystalline+two-dimensional+DNA+origami+arrays.">Crystalline two-dimensional DNA origami arrays.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 50 (1), 264-267 (2011).</li><li>Zhao, Z., Liu, Y., Yan, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organizing+DNA+origami+tiles+into+larger+structures+using+preformed+scaffold+frames.">Organizing DNA origami tiles into larger structures using preformed scaffold frames.</a> Nano Lett. 11 (7), 2997-3002 (2011).</li><li>Woo, S., Rothemund, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Programmable+molecular+recognition+based+on+the+geometry+of+DNA+nanostructures.">Programmable molecular recognition based on the geometry of DNA nanostructures.</a> Nat. Chem. 3 (8), 620-627 (2011).</li><li>Delebecque, C. J., Lindner, A. B., Silver, P. A., Aldaye, F. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organization+of+intracellular+reactions+with+rationally+designed+RNA+assemblies.">Organization of intracellular reactions with rationally designed RNA assemblies.</a> Science. 333 (6041), 470-474 (2011).</li><li>Lin, C., Liu, Y., Rinker, S., Yan, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DNA+tile+based+self-assembly:+building+complex+nanoarchitectures.">DNA tile based self-assembly: building complex nanoarchitectures.</a> ChemPhysChem. 7 (8), 1641-1647 (2006).</li><li>Seeman, N. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanomaterials+based+on+DNA.">Nanomaterials based on DNA.</a> Annu. Rev. Biochem. 79 (1), 65-87 (2010).</li><li>Voigt, N. V., Nangreave, J., Yan, H., Gothelf, K. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DNA+origami:+a+quantum+leap+for+self-assembly+of+complex+structures.">DNA origami: a quantum leap for self-assembly of complex structures.</a> Chem. Soc. Rev. 40 (12), 5636-5646 (2011).</li><li>Wei, B., Dai, M., Yin, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Complex+Shapes+self-assembled+from+single+stranded+DNA+tiles.">Complex Shapes self-assembled from single stranded DNA tiles.</a> Nature. 485 (7400), 623-626 (2012).</li><li>Wei, B., Wang, Z., Mi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Uniquimer:+software+of+de+novo+DNA+sequence+generation+for+DNA+self-assembly:+an+introduction+and+the+related+applications+in+DNA+self-assembly.">Uniquimer: software of de novo DNA sequence generation for DNA self-assembly: an introduction and the related applications in DNA self-assembly.</a> J. Comput. Theor. Nanosci. 4 (1), 133-141 (2007).</li><li>Seeman, N. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=De+novo+design+of+sequences+for+nucleic+acid+structural+engineering.">De novo design of sequences for nucleic acid structural engineering.</a> J. Biomol. Struct. Dyn. 8 (3), 573-581 (1990).</li><li>Hansma, H. G., Laney, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DNA+binding+to+mica+correlates+with+cationic+radius:+assay+by+atomic+force+microscopy.">DNA binding to mica correlates with cationic radius: assay by atomic force microscopy.</a> Biophys. J. 70 (4), 1933-1939 (1996).</li><li>Seelig, G., Soloveichik, D., Zhang, D. Y., Winfree, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enzyme-free+nucleic+acid+logic+circuits.">Enzyme-free nucleic acid logic circuits.</a> Science. 314 (5805), 1585-1588 (2006).</li><li>Yin, P., Choi, H. M. T., Calvert, C. R., Pierce, N. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Programming+biomolecular+self-assembly+pathways.">Programming biomolecular self-assembly pathways.</a> Nature. 451 (7176), 318-322 (2008).</li></ol>

The authors declare competing financial interests.

구조 형성 공정에서, 자기 조립 DNA 나노 구조에 DNA 가닥 혼합물 (예., 15 mM)을 마그네슘 양이온의 적절한 농도를 유지하는 것이 중요하다. 유사하게, 아가로 오스 겔 특성화 / 정제 단계에서, 그것은 적절한 마그네슘 양이온 농도를 유지하는 것이 중요하다 (예., 10 mM)을 겔 전기 영동시 DNA 나노 구조를 유지하기 위해 겔 주행 버퍼. 28T 사각형 구조 × 24H를 들어, 우리는 다른 마그네슘 ...

5,8,10 - - 이전 핵산 자기 조립 작업 1-25는 DNA의 2를 포함하여 복잡한 구조의 다양한의 성공적인 건설을 주도하고있다 13,17,23 또는 RNA 7,22주기 3,4,7, (22)와 알고리즘 5 개의 차원 격자, 리본 (10, 12) 및 튜브 4,12,13, 3D 크리스탈 (17), 다면체 (11)과 유한은, 2D는 7,8 모양. 16, 18 - - 21, 25 하나의 발판 가닥이 복잡한 형상 9,14를 형성하기 위해 많은 짧은 보조 스테이플 가닥으로 접어된다 특히 효과적인 방법은 DNA 종이 접기를 스캐 폴딩된다. 최근 우리는 단일 가닥 타일 (SST)를 사용하여 소정 형상으로 2D 이산 나노 구조체를 구성하기위한 방법을보고하고, DNA 접기 (26)에 필적하는 복잡성과 구조를 보여 주었다. 이 articl전자는 우리의 초기 작업 (26)의 적응하고 정확하게 규정 된 크기 (폭과 길이) 및 형태학 정교한 유한 2D 형태로 개별적으로 어드레스 해수면 온도를 배치하기위한 프로토콜을 자세히 설명합니다. SST 방법의 하나의 중요한 장점은 모듈 방식입니다. 구조물의 각 성분은 SST 어셈블리 모듈 공법 유닛으로서 기능하고,이 해수면 온도의 상이한 서브 세트들은 별개의 형상을 생성한다. 따라서, 우리는 짧은, 합성 DNA 가닥에서 규정 된 크기와 모양을 가진 나노 구조를 구성하는 일반적인 플랫폼을 설립했다. 해수면 온도는 네 가지 영역, 각 10 또는 11 뉴클레오티드 (그림 1A)를 포함한다. 해수면 온도는 병렬 나선이 교차 결합에 의해 함께 개최하는 DNA 격자를 생성하도록 결합한다. 각각의 크로스 오버 영역 (2) 및 (3) 인산 시각적 명확성을 위해 도면에 인위적으로 연신 사이 포스페이트이다. 크로스 오버는 &lt;(떨어져 두 개의 나선형 회전 (21 기지)를 이격되어있다강한&gt; 그림 1b). 복합 직사각형은 나선 및 코일 권수 그들의 치수로 지칭된다. 예를 들어, 직사각형 여섯 나선 넓고 여덟 헬리컬는 8T 구형 × 6H로서 참조되는 긴 변있다. 해수면 온도가 탈락 추가하거나 임의의 형상 및 크기 (도 1C)의 구조를 만들 재 배열 될 수있다. 예를 들면, 직사각형의 설계는 원하는 길이 및 반경 (도 1D)와 튜브로 압연 될 수있다. 또한, 직사각형 SST 격자는 SST 픽셀로 구성된 분자 캔버스, 7 내지하여 각 3 나노 미터로 볼 수 있습니다. 본 연구에서 우리는 (310)는 전체 길이 내부 해수면 온도의 분자 캔버스를 사용하여, 좌우의 경계를 구성하는 24 전장 해수면 온도, 및 상부 및 하부 경계를 형성하는 28 반장 해수면 온도. 캔버스 크로스 오버로 연결된 24 번 나선을 가지고 있으며, 각각의 나선 (28) 나선형 회전 (294 기지)를 포함하므로이라고28T 직사각형 캔버스 × 24H. 28T 캔버스 × 24H는 M13 파지 지지체에서 만든 DNA 접기 구조와 유사한 분자량을 갖는다.

<table><tbody><tr><td>DNA Strands&amp;nbsp;</td><td>Integrated DNA Technology</td><td></td><td>Section 3.1</td></tr><tr><td>SYBR Safe DNA gel stain</td><td>Invitrogen</td><td>S33102</td><td>Section 3.4.2</td></tr><tr><td>Freeze&#039;N Squeeze DNA Gel Extraction Spin Columns</td><td>BIO-RAD</td><td>731-6166</td><td>Section 3.6</td></tr><tr><td>Bruker&#039;s Sharp Nitride Lever Probes</td><td>Bruker AFM Probes</td><td>SNL10</td><td>Section 4.3</td></tr><tr><td>Safe Imager 2.0 Blue Light Transilluminator</td><td>Invitrogen</td><td>G6600</td><td>Section 3.6</td></tr><tr><td>Centrifuge 5430R</td><td>Eppendorf</td><td>5428 000.414</td><td>Section 3.6</td></tr><tr><td>Transmission Electron Microscope&amp;nbsp;</td><td>Jeol</td><td>Jem 1400</td><td>Section 7.4</td></tr><tr><td>Multimode 8</td><td>Veeco</td><td></td><td>Section 4</td></tr><tr><td>Typhoon FLA 9000 Laser Scanner</td><td>GE Heathcare Life Sciences</td><td>28-9558-08</td><td>Section 3.5</td></tr><tr><td>Ultrapure Distilled water</td><td>Invitrogen</td><td>10977-023</td><td>Section 3.7.1</td></tr><tr><td>Mica disk</td><td>SPI Supplies</td><td>12001-26-2</td><td>Section 4.1</td></tr><tr><td>Steel mounting disk</td><td>Ted Pella, Inc.</td><td>16218</td><td>Section 4.1</td></tr><tr><td>carbon coated copper grid for TEM</td><td>Electron Microscopy Sciences</td><td>FCF400-Cu</td><td>Section 7.2</td></tr><tr><td>tweezers</td><td>Dumont</td><td>0203-N5AC-PO</td><td>Section 7.31</td></tr><tr><td>glow discharge system</td><td>Quorum Technologies</td><td>K100X</td><td>Section 7.2</td></tr><tr><td>DNA Engine Tetrad 2 Peltier Thermal Cycler</td><td>BIO-RAD</td><td>PTC&amp;ndash;0240G</td><td>Section 3.3</td></tr><tr><td>Owl Easycast B2 Mini Gel Electrophoresis Systems</td><td>ThermoScientific</td><td>B2</td><td>Section 3.4.3</td></tr><tr><td>Seekam LE Agarose 500G</td><td>Lonza</td><td>50004</td><td>Section 3.4.1</td></tr><tr><td>GeneRuler 1kb Plus DNA Ladder, Ready-To-Use 75-20000bp</td><td>ThermoScientific</td><td>SM1333</td><td>Section 3.4.4</td></tr><tr><td>Nanodrop 2000c UV-vis Spectrophotometer</td><td>ThermoScientific</td><td></td><td>Section 3.7</td></tr><tr><td>0.2 um filter</td><td>Corning Inc.</td><td>431219</td><td>Section 7.1.2</td></tr></tbody></table>

self-assembly of complex two-dimensional shapes from single-stranded dna tiles

Current methods in DNA nano-architecture have successfully engineered a variety of 2D and 3D structures using principles of self-assembly. In this article, we describe detailed protocols on how to fabricate sophisticated 2D shapes through the self-assembly of uniquely addressable single-stranded DNA tiles which act as molecular pixels on a molecular canvas. Each single-stranded tile (SST) is a 42-nucleotide DNA strand composed of four concatenated modular domains which bind to four neighbors during self-assembly. The molecular canvas is a rectangle structure self-assembled from SSTs. A prescribed complex 2D shape is formed by selecting the constituent molecular pixels (SSTs) from a 310-pixel molecular canvas and then subjecting the corresponding strands to one-pot annealing. Due to the modular nature of the SST approach we demonstrate the scalability, versatility and robustness of this method. Compared with alternative methods, the SST method enables a wider selection of information polymers and sequences through the use of de novo designed and synthesized short DNA strands.

해수면 온도 (도 1)의 자기 조립은도 2에 도시 된 바와 같이 다른 해수면 온도에 대한 DNA 서열은 스트렙 라벨링 있도록 최적화 / 변형 될 수있다., 28T 구형 × 24H을 얻었다 (도 3 및 4)의 변형 것 직사각형 튜브 (도 5), 튜브 및 다양한 크기의 사각형 (도 10)을 형성 해수면 온도의 프로그래머블 자기 조립 및 분자 캔버스 (?...

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Self-assembly of Complex Two-dimensional Shapes from Single-stranded DNA Tiles

DNA tiling is an effective approach to make programmable nanostructures. We describe the protocols to construct complex two-dimensional shapes by the self-assembly of single-stranded DNA tiles.

단일 가닥 DNA 타일에서 단지 두 차원 모양의 자기 조립 (self-assembly)

Current methods in DNA nano-architecture have successfully engineered a variety of 2D and 3D structures using principles of self-assembly. In this ...

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Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Chemistry

11.6K 조회수.  Tsinghua University. DNA tiling is an effective approach to make programmable nanostructures. We describe the protocols to construct complex two-dimensional shapes by the self-assembly of single-stranded DNA tiles.

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Origami Inspired Self-assembly of Patterned and Reconfigurable Particles

There are numerous techniques such as photolithography, electron-beam lithography and soft-lithography that can be used to precisely pattern two dimensional (2D) structures. These technologies are mature, offer high precision and many of them can be implemented in a high-throughput manner. We leverage the advantages of planar lithography and combine them with self-folding methods1-20 wherein physical forces derived from surface tension or residual stress, are used to curve or fold planar structures into three dimensional (3D) structures. In doing so, we make it possible to mass produce precisely patterned static and reconfigurable particles that are challenging to synthesize.
In this paper, we detail visualized experimental protocols to create patterned particles, notably, (a) permanently bonded, hollow, polyhedra that self-assemble and self-seal due to the minimization of surface energy of liquefied hinges21-23 and (b) grippers that self-fold due to residual stress powered hinges24,25. The specific protocol described can be used to create particles with overall sizes ranging from the micrometer to the centimeter length scales. Further, arbitrary patterns can be defined on the surfaces of the particles of importance in colloidal science, electronics, optics and medicine. More generally, the concept of self-assembling mechanically rigid particles with self-sealing hinges is applicable, with some process modifications, to the creation of particles at even smaller, 100 nm length scales22, 26 and with a range of materials including metals21, semiconductors9 and polymers27. With respect to residual stress powered actuation of reconfigurable grasping devices, our specific protocol utilizes chromium hinges of relevance to devices with sizes ranging from 100 &mu;m to 2.5 mm. However, more generally, the concept of such tether-free residual stress powered actuation can be used with alternate high-stress materials such as heteroepitaxially deposited semiconductor films5,7 to possibly create even smaller nanoscale grasping devices.

We describe experimental details of the synthesis of patterned and reconfigurable particles from two dimensional (2D) precursors. This methodology can be used to create particles in a variety of shapes including polyhedra and grasping devices at length scales ranging from the micro to centimeter scale.

종이 접기 고취 패턴 및 재구성 입자의 자기 조립

There are numerous techniques such as photolithography, electron-beam lithography and soft-lithography that can be used to precisely pattern two ...

연구

화학

Folding and Characterization of a Bio-responsive Robot from DNA Origami

The DNA nanorobot is a hollow hexagonal nanometric device, designed to open in response to specific stimuli and present cargo sequestered inside. Both stimuli and cargo can be tailored according to specific needs. Here we describe the DNA nanorobot fabrication protocol, with the use of the DNA origami technique. The procedure initiates by mixing short single-strand DNA staples into a stock mixture which is then added to a long, circular, single-strand DNA scaffold in presence of a folding buffer. A standard thermo cycler is programmed to gradually lower the mixing reaction temperature to facilitate the staples-to-scaffold annealing, which is the guiding force behind the folding of the nanorobot. Once the 60 hr folding reaction is complete, excess staples are discarded using a centrifugal filter, followed by visualization via agarose-gel electrophoresis (AGE). Finally, successful fabrication of the nanorobot is verified by transmission electron microscopy (TEM), with the use of uranyl-formate as negative stain.

DNA origami is a powerful method for fabricating precise nanoscale objects by programming the self-assembly of DNA molecules. Here we describe a protocol for the folding of a bio-responsive robot from DNA origami, its purification and negative staining for transmission electron microscopic imaging (TEM).

DNA 접기에서 바이오 응답 로봇의 폴딩 및 특성화

The DNA nanorobot is a hollow hexagonal nanometric device, designed to open in response to specific stimuli and present cargo sequestered inside. Both ...

Preparation of Mica and Silicon Substrates for DNA Origami Analysis and Experimentation

The designed nature and controlled, one-pot synthesis of DNA origami provides exciting opportunities in many fields, particularly nanoelectronics. Many of these applications require interaction with and adhesion of DNA nanostructures to a substrate. Due to its atomically flat and easily cleaned nature, mica has been the substrate of choice for DNA origami experiments. However, the practical applications of mica are relatively limited compared to those of semiconductor substrates. For this reason, a straightforward, stable, and repeatable process for DNA origami adhesion on derivatized silicon oxide is presented here. To promote the adhesion of DNA nanostructures to silicon oxide surface, a self-assembled monolayer of 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) is deposited from an aqueous solution that is compatible with many photoresists. The substrate must be cleaned of all organic and metal contaminants using Radio Corporation of America (RCA) cleaning processes and the native oxide layer must be etched to ensure a flat, functionalizable surface. Cleanrooms are equipped with facilities for silicon cleaning, however many components of DNA origami buffers and solutions are often not allowed in them due to contamination concerns. This manuscript describes the set-up and protocol for in-lab, small-scale silicon cleaning for researchers who do not have access to a cleanroom or would like to incorporate processes that could cause contamination of a cleanroom CMOS clean bench. Additionally, variables for regulating coverage are discussed and how to recognize and avoid common sample preparation problems is described.

Reproducible cleaning processes for substrates used in DNA origami research are described, including bench-top RCA cleaning and derivatization of silicon oxide. Protocols for surface preparation, DNA origami deposition, drying parameters, and simple experimental set-ups are illustrated.

DNA 종이 접기 분석 및 실험에 대한 운모와 실리콘 기판의 제조

The designed nature and controlled, one-pot synthesis of DNA origami provides exciting opportunities in many fields, particularly nanoelectronics. Many of ...

Designing a Bio-responsive Robot from DNA Origami

Nucleic acids are astonishingly versatile. In addition to their natural role as storage medium for biological information1, they can be utilized in parallel computing2,3 , recognize and bind molecular or cellular targets4,5 , catalyze chemical reactions6,7 , and generate calculated responses in a biological system8,9. Importantly, nucleic acids can be programmed to self-assemble into 2D and 3D structures10-12, enabling the integration of all these remarkable features in a single robot linking the sensing of biological cues to a preset response in order to exert a desired effect.
Creating shapes from nucleic acids was first proposed by Seeman13, and several variations on this theme have since been realized using various techniques11,12,14,15 . However, the most significant is perhaps the one proposed by Rothemund, termed scaffolded DNA origami16. In this technique, the folding of a long (&gt;7,000 bases) single-stranded DNA 'scaffold' is directed to a desired shape by hundreds of short complementary strands termed 'staples'. Folding is carried out by temperature annealing ramp. This technique was successfully demonstrated in the creation of a diverse array of 2D shapes with remarkable precision and robustness. DNA origami was later extended to 3D as well17,18 .
 
The current paper will focus on the caDNAno 2.0 software19 developed by Douglas and colleagues. caDNAno is a robust, user-friendly CAD tool enabling the design of 2D and 3D DNA origami shapes with versatile features. The design process relies on a systematic and accurate abstraction scheme for DNA structures, making it relatively straightforward and efficient.
In this paper we demonstrate the design of a DNA origami nanorobot that has been recently described20. This robot is 'robotic' in the sense that it links sensing to actuation, in order to perform a task. We explain how various sensing schemes can be integrated into the structure, and how this can be relayed to a desired effect. Finally we use Cando21 to simulate the mechanical properties of the designed shape. The concept we discuss can be adapted to multiple tasks and settings.

DNA origami is a powerful method for fabricating precise nanoscale objects by programming the self-assembly of DNA molecules. Here, we describe how DNA origami can be utilized to design a robotic robot capable of sensing biological cues and responding by shape shifting, subsequently relayed to a desired effect.

DNA 종이 접기에서 바이오 반응 로봇을 설계

Nucleic acids are astonishingly versatile. In addition to their natural role as storage medium for biological information1, they can be utilized in ...

생체공학

Stable DNA Motifs, 1D and 2D Nanostructures Constructed from Small Circular DNA Molecules

This article presents a detailed protocol for synthesis of small circular DNA molecules, annealing of circular DNA motifs, and construction of 1D and 2D DNA nanostructures. Over decades, the rapid development of DNA nanotechnology is attributed to the use of linear DNAs as the source materials. For example, the DAO (double crossover, antiparallel, odd half-turns) tile is well-known as a building block for construction of 2D DNA lattices; the core structure of DAO is made from two linear single-stranded (ss) oligonucleotides, like two ropes making a right hand granny&#160;knot. Herein, a new type of DNA tiles called cDAO (coupled DAO) are built using a small circular ss-DNA of c64nt or c84nt (circular 64 or 84 nucleotides) as the scaffold strand and several linear ss-DNAs as the staple strands. Perfect 1D and 2D nanostructures are assembled from cDAO tiles: infinite nanowires, nanospirals, nanotubes, nanoribbons; and finite nano-rectangles. Detailed protocols are described: 1) preparation by T4 ligase and purification by denaturing PAGE (polyacrylamide gel electrophoresis) of small circular oligonucleotides, 2) annealing of stable circular tiles, followed by native PAGE analysis, 3) assembling of infinite 1D nanowires, nanorings, nanospirals, infinite 2D lattices of nanotubes and nanoribbons, and finite 2D nano-rectangles, followed by AFM (Atomic Force Microscopy) imaging. The method is simple, robust, and affordable for most labs.

This article presents a detailed protocol for T4 ligation and denaturing PAGE purification of small circular DNA molecules, annealing and native PAGE analysis of circular tiles, assembling and AFM imaging of 1D and 2D DNA nanostructures, as well as agarose gel electrophoresis and centrifugation purification of finite DNA nanostructures.

안정적인 DNA 모티프, 1d와 2D Nanostructures 작은 원형 DNA 분자에서 건설

This article presents a detailed protocol for synthesis of small circular DNA molecules, annealing of circular DNA motifs, and construction of 1D and 2D ...

DNA Origami-Mediated Substrate Nanopatterning of Inorganic Structures for Sensing Applications

Structural DNA nanotechnology provides a viable route for building from the bottom-up using DNA as construction material. The most common DNA nanofabrication technique is called DNA origami, and it allows high-throughput synthesis of accurate and highly versatile structures with nanometer-level precision. Here, it is shown how the spatial information of DNA origami can be transferred to metallic nanostructures by combining the bottom-up DNA origami with the conventionally used top-down lithography approaches. This allows fabrication of billions of tiny nanostructures in one step onto selected substrates. The method is demonstrated using bowtie DNA origami to create metallic bowtie-shaped antenna structures on silicon nitride or sapphire substrates. The method relies on the selective growth of a silicon oxide layer on top of the origami deposition substrate, thus resulting in a patterning mask for following lithographic steps. These nanostructure-equipped surfaces can be further used as molecular sensors (e.g., surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS)) and in various other optical applications at the visible wavelength range owing to the small feature sizes (sub-10 nm). The technique can be extended to other materials through methodological modifications; therefore, the resulting optically active surfaces may find use in development of metamaterials and metasurfaces.

Here, we describe a protocol to create discrete and accurate inorganic nanostructures on substrates using DNA origami shapes as guiding templates. The method is demonstrated by creating plasmonic gold bowtie-shaped antennas on a transparent substrate (sapphire).

감지 응용 을 위한 무기 구조물의 DNA 종이접기 중재기 나노patterning

Structural DNA nanotechnology provides a viable route for building from the bottom-up using DNA as construction material. The most common DNA ...

Synthesis of Information-bearing Peptoids and their Sequence-directed Dynamic Covalent Self-assembly

This protocol presents the use of Lewis acidic multi-role reagents to circumvent kinetic trapping observed during the self-assembly of information-encoded oligomeric strands mediated by paired dynamic covalent interactions in a manner mimicking the thermal cycling commonly employed for the self-assembly of complementary nucleic acid sequences. Primary amine monomers bearing aldehyde and amine pendant moieties are functionalized with orthogonal protecting groups for use as dynamic covalent reactant pairs. Using a modified automated peptide synthesizer, the primary amine monomers are encoded into oligo(peptoid) strands through solid-phase submonomer synthesis. Upon purification by high-performance liquid chromatography (HPLC) and characterization by electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS), sequence-specific oligomers are subjected to high-loading of a Lewis acidic rare-earth metal triflate which both deprotects the aldehyde moieties and affects the reactant pair equilibrium such that strands completely dissociate. Subsequently, a fraction of the Lewis acid is extracted, enabling annealing of complementary sequence-specific strands to form information-encoded molecular ladders characterized by matrix assisted laser desorption/ionization mass spectrometry (MALDI-MS). The simple procedure outlined in this report circumvents kinetic traps commonly experienced in the field of dynamic covalent assembly and serves as a platform for the future design of robust, complex architectures.

A protocol is presented for the synthesis of information-encoded peptoid oligomers and for the sequence-directed self-assembly of these peptoids into molecular ladders using amines and aldehydes as dynamic covalent reactant pairs and Lewis acidic rare-earth metal triflates as multi-role reagents.

정보 베어링 펩토이드의 합성과 시퀀스 지향 동적 공유자 자체 조립

This protocol presents the use of Lewis acidic multi-role reagents to circumvent kinetic trapping observed during the self-assembly of information-encoded ...

Design and Synthesis of a Reconfigurable DNA Accordion Rack

DNA nanostructure-based mechanical systems or DNA nanomachines, which produce complex nanoscale motion in 2D and 3D in the nanometer to &#229;ngstr&#246;m resolution, show great potential in various fields of nanotechnology such as the molecular reactors, drug delivery, and nanoplasmonic systems. The reconfigurable DNA accordion rack, which can collectively manipulate a 2D or 3D nanoscale network of elements, in multiple stages in response to the DNA inputs, is described. The platform has potential to increase the number of elements that DNA nanomachines can control from a few elements to a network scale with multiple stages of reconfiguration.
In this protocol, we describe the entire experimental process of the reconfigurable DNA accordion rack of 6 by 6 meshes. The protocol includes a design rule and simulation procedure of the structures and a wet-lab experiment for synthesis and reconfiguration. In addition, analysis of the structure using TEM (transmission electron microscopy) and FRET (fluorescence resonance energy transfer) is included in the protocol. The novel design and simulation methods covered in this protocol will assist researchers to use the DNA accordion rack for further applications.

We describe the detailed protocol for design, simulation, wet-lab experiments, and analysis for a reconfigurable DNA accordion rack of 6 by 6 meshes.

재구성 가능한 DNA 아코디언 랙의 설계 및 합성

DNA nanostructure-based mechanical systems or DNA nanomachines, which produce complex nanoscale motion in 2D and 3D in the nanometer to &#229;ngstr&#246;m ...

Self-Assembly of Gamma-Modified Peptide Nucleic Acids into Complex Nanostructures in Organic Solvent Mixtures

Current strategies in DNA and RNA nanotechnology enable the self-assembly of a variety of nucleic acid nanostructures in aqueous or substantially hydrated media. In this article, we describe detailed protocols that enable the construction of nanofiber architectures in organic solvent mixtures through the self-assembly of uniquely addressable, single-stranded, gamma-modified peptide nucleic acid (&#947;PNA) tiles. Each single-stranded tile (SST) is a 12-base &#947;PNA oligomer composed of two concatenated modular domains of 6 bases each. Each domain can bind to a mutually complimentary domain present on neighboring strands using programmed complementarity to form nanofibers that can grow to microns in length. The SST motif is made of 9 total oligomers to enable the formation of 3-helix nanofibers. In contrast with analogous DNA nanostructures, which form diameter-monodisperse structures, these &#947;PNA systems form nanofibers that bundle along their widths during self-assembly in organic solvent mixtures. Self-assembly protocols described here therefore also include a conventional surfactant, Sodium Dodecyl Sulfate (SDS), to reduce bundling effects.

This article provides protocols for the design and self-assembly of nanostructures from gamma-modified peptide nucleic acid oligomers in organic solvent mixtures.

감마 변형 펩타이드 핵산의 자가 조립을 유기 용매 혼합물의 복잡한 나노 구조로

Current strategies in DNA and RNA nanotechnology enable the self-assembly of a variety of nucleic acid nanostructures in aqueous or substantially hydrated ...

Simple, Affordable, and Modular Patterning of Cells using DNA

The relative positioning of cells is a key feature of the microenvironment that organizes cell-cell interactions. To study the interactions between cells of the same or different type, micropatterning techniques have proved useful. DNA Programmed Assembly of Cells (DPAC) is a micropatterning technique that targets the adhesion of cells to a substrate or other cells using DNA hybridization. The most basic operations in DPAC begin with decorating cell membranes with lipid-modified oligonucleotides, then flowing them over a substrate that has been patterned with complementary DNA sequences. Cells adhere selectively to the substrate only where they find a complementary DNA sequence. Non-adherent cells are washed away, revealing a pattern of adherent cells. Additional operations include further rounds of cell-substrate or cell-cell adhesion, as well as transferring the patterns formed by DPAC to an embedding hydrogel for long-term culture. Previously, methods for patterning oligonucleotides on surfaces and decorating cells with DNA sequences required specialized equipment and custom DNA synthesis, respectively. We report an updated version of the protocol, utilizing an inexpensive benchtop photolithography setup and commercially available cholesterol modified oligonucleotides (CMOs) deployed using a modular format. CMO-labeled cells adhere with high efficiency to DNA-patterned substrates. This approach can be used to pattern multiple cell types at once with high precision and to create arrays of microtissues embedded within an extracellular matrix. Advantages of this method include its high resolution, ability to embed cells into a three-dimensional microenvironment without disrupting the micropattern, and flexibility in patterning any cell type.

Here we present a protocol to micropattern cells at single-cell resolution using DNA-programmed adhesion. This protocol uses a benchtop photolithography platform to create patterns of DNA oligonucleotides on a glass slide and then labels cell membranes with commercially available complementary oligonucleotides. Hybridization of the oligos results in programmed cell adhesion.

DNA를 사용하여 세포의 간단하고, 적당한, 모듈식 패터닝

The relative positioning of cells is a key feature of the microenvironment that organizes cell-cell interactions. To study the interactions between cells ...